课题基金 / 基金详情

微生物在粉土粉细砂中成膜阻渗机理及调控机制研究

批准号:
52078317
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
唐强
依托单位:
学科分类:
岩土与基础工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微生物能附着于多孔介质表面形成生物膜占据孔隙体积,进而降低其渗透系数,但前期研究中载体大都为单一无机材料,微生物固着量较少,渗透性降幅有限,且生物膜形成机理及影响因素等尚不明确。因此本项目将引入有机纤维与传统粉土粉细砂组成复合材料,首先测试纤维种类、含量及土体改性条件下生物膜渗透特性及变化规律,建立土体改性材料表面理化特性、微生物固着分布规律及渗透系数之间相关关系,以期增大微生物固着量及生物膜形成厚度,大幅降低复合材料渗透系数;基于复合材料形成生物膜,进一步探究其渗透性对环境条件的响应,考虑影响因素包括土体种类、粒径分布、水头、酸碱性、溶质特性、营养寡等;同时对复合材料及生物膜结构进行细观表征,从宏微观两层面、物理化学生物多角度揭示微生物固着成膜机理,进而提出生物膜阻渗的调控机制。研究成果在黏土匮乏地区老旧垃圾堆场竖向防渗补强方面具有极高的现实价值,在城市生态文明建设方面应用前景广阔。
英文摘要
Microorganism has the potential to attach on the surface of porous medium, and reduces the pore size, finally causes the reduction of hydraulic conductivity. However, according to previous research, there was no significant effect of microbes on the hydraulic conductivity towards pure inorganic material, while the attached bacteria quantity is limited, and the mechanism of biofilm formation is also not clear. Thus, in this study, organic-fiber is introduced to promote the attached microbe quantity and biofilm thickness, in order to reduce the hydraulic conductivity of the fine sand substantially. Based on the fiber type, content and soil conditions, the hydraulic conductivity of biofilm are evaluated, and the relationship between the surface physicochemical properties of modified materials, distribution of microorganism and hydraulic behavior will be established. Different factors towards hydraulic conductivity of biofilm are taken into account, including soil type, particle size distribution, water head, solute properties and nutrition concentration. Together with the physical, chemical and biological properties as well as the test results, further discussion will be made about the mechanism of biofilm formation and its effect on hydraulic conductivity. The results have important practical value for the construction of cut-off wall, especially in the clay deficient area.
微生物能附着于多孔介质表面形成生物膜占据孔隙体积,进而降低其渗透系数,但前期研究中载体大都为单一无机材料,微生物固着量较少,渗透性降幅有限,且生物膜形成机理及影响因素等尚不明确。针对上述问题,本项目研究了微生物在多孔介质表面形成生物膜对渗透系数的影响,通过引入有机纤维(碳纤维)与传统粉土粉细砂组成复合材料,深入分析了微生物在土颗粒表面的附着特性、生物土的渗透特性和孔隙分布特征,并探讨了环境因素对微生物土淤堵效果的影响,同时计算了生物土防渗帷幕的击穿时间和碳排放量。主要研究结论如下:.(1)微生物在土颗粒表面和固-液分界面上表现出良好的固着和生长特性。碳纤维作为微生物固着载体,显著促进了微生物的淤堵作用。土体中微生物量随时间逐渐增加,沿渗流路径呈递减趋势。微生物在碳纤维表面展现出最高的固着率,当碳纤维含量为0.20%时,土体渗透系数在短时间内降低了2-3个数量级,满足了隔离墙的防渗性要求。.(2)土体孔隙尺寸、pH值和水流剪切力对微生物生长具有重要影响,而盐度的影响相对较小。随着黏土含量的增加,微生物淤堵效果逐渐降低。在孔隙尺寸较小的多孔介质中,微生物生长受到空间限制。当pH值为7时,微生物淤堵作用达到最佳状态。高盐度环境下,微生物代谢酶活性受阻,导致渗透系数降低速率随盐度增加而减缓。单一加载较高的水力梯度不利于细胞粘附,导致微生物在短时间内大量脱落。.(3)防渗帷幕的渗透系数、厚度、填埋场水头以及帷幕材料的扩散系数和阻滞因子对污染物运移具有显著影响。水头越低、帷幕渗透系数越小、厚度越大,帷幕对污染物的阻滞效果越好,污染物击穿时间越长。与传统水泥系防渗帷幕相比,利用微生物技术进行防渗帷幕改良显著降低了碳排放量,有利于生态环境保护。
膨润土系隔离墙中黏土矿物半透膜效应特性及机理研究
  • 批准号:
    51708377
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    唐强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金